多功能測(cè)電筆的制作與原理

簡(jiǎn)介：

電工用的普通測(cè)電筆又稱為驗(yàn)電筆、試電筆，有螺絲刀式和鋼筆式兩種外形，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。測(cè)電筆是用來(lái)測(cè)試電線、用電器以及其他電氣設(shè)備等是否帶電的一種最常用的簡(jiǎn)單工具。

圖1 普通測(cè)電筆結(jié)構(gòu)圖

測(cè)電筆的工作原理如圖2所示。當(dāng)使用者手持測(cè)電筆觸及帶電體時(shí)，就在帶電體與大地（包括人體）之間形成了一條通路，電流I經(jīng)電阻器、氖管到地（人體）。由于氖管的阻抗極高，電阻器的阻值也達(dá)兆歐級(jí)， 因此電流I極小，對(duì)人體是安全的，帶電體的電壓基本上都降落在電阻器和氖管上。當(dāng)帶電體存在60V以上電壓時(shí)，氖管兩端的電壓超過(guò)其啟輝電壓，氖管發(fā)光，指示被測(cè)物體帶電。通常一般測(cè)電筆可以檢測(cè)60一500V的電壓。

圖2 測(cè)電筆工作原理圖

讀者按本部分介紹的方法操作，可以將傳統(tǒng)的氖管測(cè)電筆改造升級(jí)為多功能測(cè)電筆，不但具有普通氖管測(cè)電筆所具備的一般驗(yàn)電功能，還具有隔著絕緣層測(cè)試導(dǎo)線通電與否，判斷接地線與相線、 測(cè)線圈和電阻器等的通斷，判斷二極管的極性，估測(cè)小容量電容器的容量并判斷其是否斷路和短路，區(qū)別直流電的正極與負(fù)極等功能。

這種多功能測(cè)電筆不僅保留了普通氖管測(cè)電筆所具有的體積小巧、攜帶方便、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且還克服了以往的氖管測(cè)電筆發(fā)光亮度不夠、在測(cè)量弱電或在強(qiáng)光下使用時(shí)很難看清氖泡亮滅的弊端， 使用起來(lái)顯示醒目、靈敏度高、功能齊全，在室內(nèi)和室外使用都較方便。

工作原理：

多功能測(cè)電筆的電路如圖3所示。探測(cè)極無(wú)電流或感應(yīng)信號(hào)輸入時(shí)，晶體管VTl、VT2均截止，發(fā)光二極管LED不發(fā)光；當(dāng)探測(cè)極有微弱電流輸入或感應(yīng)到電場(chǎng)信號(hào)時(shí)，由于晶體管VTl、VT2的高倍放大作用， 在晶體管VT2上產(chǎn)生了較大的集電極電流，從而推動(dòng)發(fā)光二極管LED發(fā)光指示。

圖3 多功能測(cè)電筆電路圖

電路中，由于晶體管VTl的發(fā)射極輸出電流直接作為晶體管VT2的基極電流，故由晶體管VTl、VT2構(gòu)成的放大電路放大能力很強(qiáng)，電路的探測(cè)靈敏度也很高。R為人體保安電阻器，可防止人手在觸摸時(shí)， 由探測(cè)極引入的36V（一般場(chǎng)所安全電壓最大值）以上電壓造成觸電事故。

綜上所述，多功能測(cè)電筆與普通測(cè)電筆的區(qū)別為：普通測(cè)電筆是直接利用檢測(cè)到的微弱電信號(hào)啟輝氖管發(fā)光的，發(fā)光亮度低是其“先天不足”；而多功能測(cè)電筆則是利用檢測(cè)信號(hào)作為信號(hào)源， 經(jīng)晶體三極管VTl、VT2高倍放大后，由專用電池G提供充足電能，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED發(fā)出明亮的指示光。由于晶體三極管VTl、VT2的放大作用，使得多功能測(cè)電筆的檢測(cè)靈敏度也很高。不僅由探測(cè)極引入的微弱電信號(hào)能夠可靠觸動(dòng)發(fā)光二極管LED發(fā)光， 而且探測(cè)極感應(yīng)到的微弱電信號(hào)也能夠觸動(dòng)發(fā)光二極管LED發(fā)光。后面介紹的隔著交流電線絕緣外皮等進(jìn)行測(cè)電，就是利用了這一新功能。

元器件選擇：

為了方便初學(xué)者易認(rèn)易購(gòu)，特給出本制作所用全部電子元器件實(shí)物外形，如圖4所示。

圖4 需要準(zhǔn)備的元器件實(shí)物外形圖

晶體管VTl、VT2均選用9014（集電極最大允許電流Icm=100mA，集電極最大允許功耗Pcm=310mW）或3DG8型硅NPN小功率晶體管，要求電流放大系數(shù) β＞100。 LED用5mm×2mm方形普通紅色發(fā)光二極管，用塑料外殼是黃色或白色、但發(fā)紅光的高亮度發(fā)光二極管效果更佳

R為欲改造升級(jí)的氖管測(cè)電筆原有電阻器，不再另外選配

G采用兩粒AG3（Φ7.9×3.6mm）或SR4l、XY—03型氧化銀紐扣式電池串聯(lián)而成，電壓為3V。因整個(gè)電路平時(shí)耗電很少（實(shí)測(cè)小于luA），故不必設(shè)電源開(kāi)關(guān)

制作與使用：

圖5（a）所示為該多功能測(cè)電筆的印制電路板接線圖，圖5（b）所示為焊接好元器件的印制電路板實(shí)物照片。印制電路板可用刀刻法制作，實(shí)際尺寸為17mm×7mm。

圖5 多功能測(cè)電筆印制電路板接線圖

焊接時(shí)，按圖5所示把發(fā)光二極管LED緊焊在印制電路板左邊的銅箔面，把晶體管VTl、VT2的管腳均齊根彎成90°，插焊在印制電路板上，焊接后的多余部分應(yīng)剪掉。應(yīng)注意晶體管VTl的基極不要剪短， 將其引至發(fā)光二極管LED的頂端，稍彎一下以便和測(cè)電筆內(nèi)原有的電阻器可靠接觸；晶體管VT2的發(fā)射極也不要剪短，按圖彎過(guò)后作為電池G的負(fù)極接線。另外，從電路板上晶體管VTl的集電極端焊一根稍硬些的塑料外皮電線， 取適當(dāng)長(zhǎng)度（約25mm），使它和電池G的正極扣在一起。

為了幫助讀者順利完成焊接，圖6給出了已焊接好的印制電路板正面和背面照片，供焊接時(shí)對(duì)照參考。組裝好的電子電路，其整體長(zhǎng)度和體積與氖管測(cè)電筆內(nèi)部的氖管相差無(wú)幾，為下一步順利改造普通氖管測(cè)電筆奠定了基礎(chǔ)。

圖6 已焊接好的印制電路板

多功能測(cè)電筆的裝配按圖7所示進(jìn)行，圖7（a）所示為內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖，圖7（b）所示為實(shí)物裝配圖。所用普通氖管測(cè)電筆既可以是螺絲刀式的，也可以是鋼筆式的，能夠放入圖6所示的電子電路即可。 具體裝配方法是打開(kāi)欲改造的普通測(cè)電筆的后蓋，取出彈簧、氖管（不再用），故人電路板和電池，注意使晶體三極管VTl的基極和測(cè)電筆內(nèi)的電阻器R接觸，并使電池G也接觸良好，然后放人彈簧、擰上后蓋，多功能測(cè)電筆便裝配完成。 圖8所示為制作好的兩種多功能測(cè)電筆實(shí)物外形圖。

圖7 多功能測(cè)電筆裝配圖

圖8 多功能測(cè)電筆實(shí)物外形圖

制成的多功能測(cè)電筆，可采用“雙手檢測(cè)法”檢驗(yàn)其是否工作正常。具體方法是按圖9（a）所示，用兩手分別接觸多功能測(cè)電筆的探測(cè)極和尾部的手摸極，如果發(fā)光二極管LED亮，則表示測(cè)電筆工作正常；否則， 應(yīng)檢查各部件是否接觸良好、焊接是否有錯(cuò)誤、元器件是否有問(wèn)題。還可采用“靜電檢測(cè)法”判斷多功能測(cè)電筆的靈敏度，具體方法是按圖9（b）所示，手持多功能測(cè)電筆（注意手指要接觸手摸極），在干燥的化纖布料上來(lái)回摩擦探測(cè)極， 所產(chǎn)生的靜電會(huì)使發(fā)光二極管LED閃亮。其亮度越高，說(shuō)明多功能測(cè)電筆的測(cè)電靈敏度越高。

圖9 檢驗(yàn)多功能測(cè)電筆

圖9（a）所示的“雙手檢測(cè)法”，是檢驗(yàn)多功能測(cè)電筆工作是否正常的最基本、最有效的方法。每次使用多功能測(cè)電筆前，都應(yīng)采用“雙手檢測(cè)法”檢驗(yàn)多功能測(cè)電筆的性能。如果發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管LED亮度變暗， 應(yīng)及時(shí)更換新的同規(guī)格氧化銀紐扣式電池。

該多功能測(cè)電筆除可以像普通氖管測(cè)電筆一樣使用外，還具有下列較典型的用途及使用方法。

（1）檢測(cè)電燈泡、熒光燈管的燈絲是否燒斷。家用普通磨砂玻璃或有色白熾燈、熒光燈管不能正常發(fā)光時(shí)，無(wú)法憑肉眼直接看清里面的燈絲（鎢絲）是否已經(jīng)被燒斷，需通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)試等方法才能作出判斷。 但可按圖10所示，一只手捏住白熾燈（或熒光燈）的其中一個(gè)電極端，另一只手持測(cè)電筆（注意手指要接觸手摸極），通過(guò)探測(cè)極觸及白熾燈（或熒光燈）的另一個(gè)電極端。如果測(cè)電筆內(nèi)發(fā)光二極管亮，說(shuō)明燈絲沒(méi)有被燒斷，被測(cè)白熾燈（或熒光燈）是好的； 如果測(cè)電筆內(nèi)發(fā)光二極管不亮，說(shuō)明被測(cè)白熾燈（或熒光燈）內(nèi)部燈絲已經(jīng)燒斷，只能報(bào)廢換新了。這種檢測(cè)燈絲是否燒斷的方法簡(jiǎn)便、快捷，在檢修照明電路故障時(shí)很有用。

圖10 檢測(cè)電燈泡的燈絲是否燒斷

（2）檢測(cè)用電器外殼是否漏電。用電器的金屬外殼必須與電源插頭的兩電極保持良好的絕緣，否則人體觸及通電工作的用電器時(shí)，會(huì)發(fā)生觸電事故。圖ll所示為用測(cè)電筆檢測(cè)電烙鐵外殼是否漏電的方法。 一只手捏住電烙鐵電源插頭的電極，另一只手持測(cè)電筆（注意手指要接觸手摸極），通過(guò)探測(cè)極觸及電烙鐵的金屬外殼。如果測(cè)電筆內(nèi)發(fā)光二極管不亮，說(shuō)明電烙鐵的金屬外殼與內(nèi)部電路之間的絕緣性能良好；如果測(cè)電筆內(nèi)發(fā)光二極管亮， 說(shuō)明電烙鐵內(nèi)部電路與金屬外殼之間存在嚴(yán)重的漏電現(xiàn)象，必須在排除電烙鐵故障后方可使用。其他用電器的檢測(cè)方法與之相同。

圖11 檢測(cè)電烙鐵外殼是否漏電

（3）檢測(cè)電感器、變壓器等線圈的通斷。如圖12所示，手持測(cè)電筆（注意手指要接觸手模極），用測(cè)電筆的探測(cè)極觸及電感器、變壓器等線圈的一端。另一只手捏住線圈的另一端。如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管亮， 說(shuō)明線圈是通的；如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管不亮，說(shuō)明線圈內(nèi)部已經(jīng)開(kāi)路。

圖12 檢測(cè)變壓器線圈的通斷

（4）判斷二極管的極性。如圖13所示，直接用手捏住二極管的一端，另一只手接觸測(cè)電筆的手摸極，用探測(cè)極接觸二極管的另一端。如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光，說(shuō)明手捏一端是二極管的正極， 測(cè)電筆探測(cè)極接觸的一端是負(fù)極；如果發(fā)光二極管不發(fā)光，說(shuō)明情況正好相反。這里捏住二極管一端的手，相當(dāng)于用指針式萬(wàn)用表歐姆擋判斷二極管極性時(shí)的黑表筆，而測(cè)電筆的探測(cè)極相當(dāng)于紅表筆。掌握了這一規(guī)律，還可用測(cè)電筆判斷電阻器是否開(kāi)路， 以及晶體管、晶閘管等的極性等。具體方法讀者可動(dòng)腦、動(dòng)手總結(jié)，這里不再贅述。由于用兩手代替了平常測(cè)量常用的表筆，所以操作起來(lái)較萬(wàn)用表更方便。

圖13 判斷晶體二極管的極性

（5）估測(cè)小容量電容器。測(cè)電筆可粗略估計(jì)十幾皮法到零點(diǎn)幾微法的電容器，方法如圖14所示。開(kāi)始可看到測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光并逐漸熄滅的電容充電過(guò)程，通過(guò)觀察發(fā)光亮度及所亮?xí)r間的長(zhǎng)短， 來(lái)判斷電容器容量的大小。容量越大，亮度越高，所亮?xí)r間越長(zhǎng)，反之亦然。如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管長(zhǎng)亮不滅，可判斷為電容器內(nèi)部擊穿短路或漏電；如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管始終不亮，可短路一下電容器兩腳（放電）或調(diào)換電容器引腳再測(cè)試， 如仍然不亮則可判斷為電容器內(nèi)部開(kāi)路。由于測(cè)電筆電路的放大倍數(shù)非常高，用它測(cè)小電容器比使用萬(wàn)用表“R×lKΩ”擋還要靈敏。另外，電容器稍有漏電，測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管便會(huì)一直發(fā)光。但應(yīng)注意，不能用測(cè)電筆測(cè)試電解電容器。

圖14 估測(cè)小容量電容器

（6）區(qū)別直流電的正、負(fù)極。如果不清楚1．5—24V的直流電源或單個(gè)電池、電池組的輸出端（線）的正、負(fù)極性，可按圖15所示，直接用手捏住其中的一端，另一只手接觸測(cè)電筆的手摸極，用探測(cè)極去接觸另一端。 如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光，說(shuō)明測(cè)電筆探測(cè)極接觸的一端是正極，手捏的一端是負(fù)極；如果發(fā)光二極管不發(fā)光（1．5V時(shí)有微光），說(shuō)明情況正好相反。用該方法還可判斷低壓（小于24V）直流電路中任意兩點(diǎn)間的電壓高低。具體方法讀者可動(dòng)腦、 動(dòng)手總結(jié)，這里不再贅述。

圖15 區(qū)別直流電的正、負(fù)極

（7）感應(yīng)法測(cè)220V交流電。測(cè)電筆的探測(cè)極不用接觸交流 電源的金屬部分，只要如圖l6所示，將探測(cè)極觸及電線絕緣外皮、電器塑料外殼等，就可以通過(guò)觀察測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管的亮滅與否，判斷被測(cè)對(duì)象是否帶電，甚至還能夠分辨出單根通電的電線是相線（火線）還是地線（零線）。讀者在摸索和總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)后， 利用該方法還可隔著電熱毯的布層，順著電熱絲的走向移動(dòng)測(cè)電筆的探測(cè)極，盡快查找到電熱毯內(nèi)部的斷絲位置，以及隔著塑料外皮找出通電電線中的斷點(diǎn)位置。

圖16 感應(yīng)法測(cè)220V交流電

（8）檢測(cè)用電器是否接上保護(hù)接地線。對(duì)于金屬外殼與供 電電路之間絕緣性能良好的用電器［可按前述方法（2）進(jìn)行檢測(cè)］，在接通220V交流電正常工作時(shí)，按圖17所示測(cè)量金屬外殼。如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管不發(fā)光，說(shuō)明用電器的外殼接有良好的保護(hù)接地線（或接零線）；如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光， 說(shuō)明用電器的外殼沒(méi)有接上保護(hù)接地線，或者接線已經(jīng)開(kāi)路。為了確保人身安全，應(yīng)按照要求給用電器的外殼接上良好的保護(hù)接地線。這里需要指出的是，在檢測(cè)用電器的金屬外殼時(shí)，測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光， 并不是用電器的外殼已經(jīng)漏電帶上了220V交流電，而是由于用電器的外殼沒(méi)有接上地線，所產(chǎn)生的極微弱的感應(yīng)電壓使測(cè)電筆內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)出了亮光。同理，按圖18所示，將測(cè)電筆的探測(cè)極插入220V三孔電源插座的保護(hù)接地線（或保護(hù)接零線）插孔內(nèi)， 如果測(cè)電筆內(nèi)部發(fā)光二極管不發(fā)光，說(shuō)明保護(hù)接地線（或接零線）良好；如果發(fā)光二極管發(fā)光，說(shuō)明插座的保護(hù)接地線插孔沒(méi)有作用，可能是保護(hù)接地線已經(jīng)開(kāi)路，也可能是沒(méi)有接上保護(hù)接地線。

圖17 檢測(cè)用電器是否接上保護(hù)接地線

圖18 檢測(cè)三孔電源插座是否接有保護(hù)接地線
責(zé)任編輯：wv